DD247654A2

DD247654A2 - PROCESS FOR SYNTHESIS OF JAROSITE AND RELATED COMPOUNDS

Info

Publication number: DD247654A2
Application number: DD23156381A
Authority: DD
Inventors: Arno Martin; Adalbert Feltz; Lotte Nitsch
Original assignee: Arno Martin; Adalbert Feltz; Lotte Nitsch
Priority date: 1981-07-08
Filing date: 1981-07-08
Publication date: 1987-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach WP 153 808 zur Synthese von Jarosit und von verwandten Verbindungen, insbesondere fuer den Einsatz beim Polieren von Glas- und Kristalloberflaechen. Ziel der Erfindung ist es, diese Verbindungen durch aufeinanderfolgende Umsetzungen in einem Reaktor mit solch hohen Ausbeuten und in solchen Mengen herzustellen, dass diese Stoffe zum Bereiten von Poliermittelmischungen zum Polieren von optischen Glas- und Kristalloberflaechen eingesetzt werden koennen. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass in einer Loesung, die Eisen(III)-ionen als Sulfat und Nitrat im Molverhaeltnis 4:5 enthaelt, durch Zugabe von 2 Mol Kalilauge pro Mol geloesten Eisen ein fuer die Jarositbildung guenstiger p H-Wert eingestellt wird. Dabei laeuft eine Reaktion nach folgender Bruttogleichung ab 2 Fe2(SO4)35 Fe(NO3)318 KOH3 KFe3(SO4)2(OH)615 KNO3Wesentlich ist hierbei, dass man sowohl die geloesten Eisensalze durch die entsprechenden Aluminiumsalze als auch die Kalilauge durch eine Loesung eines anderen Hydroxids MIOH ganz oder teilweise ersetzen kann. Dadurch lassen sich ausser Jarosit auch andere Verbindungen des gleichen Typs sowie Mischkristalle der allgemeinen Formel Ia Ib IIIa IIIbMxM1xMyM3y(SO4)2(OH)6herstellen.The invention relates to a method according to WP 153 808 for the synthesis of jarosite and of related compounds, in particular for use in the polishing of glass and crystal surfaces. The aim of the invention is to produce these compounds by successive reactions in a reactor with such high yields and in such amounts that these substances can be used for preparing polishing agent mixtures for polishing optical glass and crystal surfaces. This object is achieved in that in a solution containing iron (III) ions as sulfate and nitrate in the molar ratio 4: 5, by adding 2 moles of potassium hydroxide solution per mole of dissolved iron, a p H value which is more favorable for jarosite formation is set , A reaction proceeds according to the following equation: 2 Fe2 (SO4) 35 Fe (NO3) 318 KOH3 KFe3 (SO4) 2 (OH) 615 KNO3In this case, it is essential that both the dissolved iron salts by the corresponding aluminum salts and the potassium hydroxide solution by a solution of a different hydroxide can completely or partially replace MIOH. In addition to jarosite, this makes it possible to prepare other compounds of the same type as well as mixed crystals of the general formula Ia Ib IIIa IIIbMxM1xMyM3y (SO 4) 2 (OH) 6.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese von Jarosit und von verwandten Verbindungen, die sich durch Substitution eines oder mehrerer Elemente davon ableiten lassen sowie von Mikrokristallen aus zwei oder mehreren Verbindungen dieses Typs insbesondere zum Herstellen von Poliermittelmischungen zum Polieren von Glas- undKristalloberflächen bei der Fertigung optischer Bauelemente.The invention relates to a process for the synthesis of jarosite and of related compounds which can be derived by substitution of one or more elements thereof and of microcrystals of two or more compounds of this type, in particular for preparing polishing mixtures for polishing glass and crystal surfaces in the manufacture of optical components.

Characteristic of the known technical solutions

Verfahren zur Synthese der auch in der Natur als Mineral vorkommenden Verbindung Jarosit KFe₃(SO₄I₂(OH)₆ und der entsprechenden Aluminiumverbindung Alunit KAI1₃(SO₄)₂(OH)₆ durch Hydrolyse von Lösungen, die Eisen(lll)- bzw. Aluminiumsulfat und Kaliumsulfat im molaren Verhältnis 3:1 enthalten, sind bekannt.Process for the synthesis of the naturally occurring mineral compound jarosite KFe ₃ (SO ₄ I ₂ (OH) ₆ and the corresponding aluminum compound alunite KAl ₃ (SO ₄ ) ₂ (OH) ₆ by hydrolysis of solutions containing iron (III) - or aluminum sulfate and potassium sulfate in a molar ratio 3: 1, are known.

Zum Beispiel J.G.Fairchild,Amer. Min. 18,543 (1933); G.P.Brophy, E.S.Scott u. R.A.Snellgrove, Amer. Min. 47,112(1962); J.Kubisz, Mineral. Pol. 1,47 (1970)For example, J.G. Fairchild, Amer. Min. 18,543 (1933); G.P.Brophy, E. S. Scott et al. R. A. Snellgrove, Amer. Min. 47, 112 (1962); J. Kubisz, Mineral. Pole. 1.47 (1970)

Bei diesen Verfahren liegen die Ausbeuten an Reaktionsprodukten nur bei 8% bis 40% des theoretischen Wertes. Zur Behebung dieser Nachteile wurde ein Verfahren vorgeschlagen (WP 153808), bei dem die für die Synthese benötigte Eisensulfatmenge im Verhältnis 2:1 geteilt wurde und das im größeren Teil enthaltene Eisen aus einer wäßrigen Lösung mittels Kalilauge als amorphes Eisen(lll)-Oxidhydrat ausgefällt wurde. Dieser Niederschlag mußte gründlich ausgewaschen werden und wurde anschließend mit einer Lösung, die das restliche Eisensulfat und die stöchiometrische Menge Kaliumsulfat enthielt, zur Reaktion gebracht. Entsprechend der ReaktionsgleichungIn these methods, the yields of reaction products are only 8% to 40% of the theoretical value. To remedy these disadvantages, a method has been proposed (WP 153808), in which the amount of iron sulfate required for the synthesis was divided in a ratio of 2: 1 and the iron contained in the major part of an aqueous solution by means of potassium hydroxide precipitated as amorphous iron (III) oxide has been. This precipitate had to be thoroughly washed out and then reacted with a solution containing the residual ferrous sulfate and the stoichiometric amount of potassium sulfate. According to the reaction equation

Fe₂O₃ · nH₂0 + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ -^2KFe₃(SO₄I₂(OH)₆ + 2(n - 3)H₂OFe ₂ O ₃ · nH ₂ 0 + Fe ₂ (SO ₄₎ ₃ + K ₂ SO ₄ - ^ 2KFe ₃ (SO ₄ I ₂ (OH) ₆ + 2 (n - 3) H ₂ O

erreicht man Ausbeuten von 90%-95% der Theorie.one achieves yields of 90% -95% of theory.

Das für dieses Verfahren benötigte reaktionsfähige Eisenoxidhydrat fällt hierbei in Form eines schwer filtrierbaren amorphen Niederschlages an, bei dem das Abtrennen vom Filtrat und das Auswaschen ein im technischen Maßstab zeitraubender und apparativ relativ aufwendiger Prozeß ist.The reactive iron oxide hydrate required for this process is obtained in the form of a hard-to-filter amorphous precipitate, in which the separation from the filtrate and the washing is a time-consuming on the industrial scale and relatively expensive apparatus process.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, nach dem es möglich ist, Jarosit und verwandte Verbindungen ohne zeit- und apparateaufwendiges Abtrennen und Reinigen von Zwischenprodukten durch direkt in einem Reaktor aufeinanderfolgende Umsetzungen herzustellen.The object of the invention is to provide a method according to which it is possible to produce jarosite and related compounds without time-consuming and apparatus-intensive separation and purification of intermediates by reactions which take place directly in a reactor.

Explanation of the essence of the invention

Bei dem bisher bekannt gewordenen Verfahren, nach dem Jarosit und verwandte Verbindungen mit hohen Ausbeuten hergestellt werden können, besteht die Notwendigkeit, das frisch gefällte amorphe Eisenoxidhydrat vom Filtrat abzutrennen und auszuwaschen. Da dieser Verfahrensschritt zeit- und geräteaufwendig ist, soll ein Syntheseweg gesucht werden, bei dem diese Operation nicht notwendig ist.In the hitherto known method, according to which jarosite and related compounds can be prepared in high yields, there is a need to separate the freshly precipitated amorphous iron oxide from the filtrate and wash. Since this process step is time and equipment consuming, a synthesis path is to be sought in which this operation is not necessary.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe nach WP 153808 dadurch gelöst, daß für die Synthese des Jarosits nicht von einer Suspension von separat gefälltem und ausgewaschenem Eisenoxidhydrat in einer wäßrigen Lösung von Eisen- und KaliumsulfatAccording to the invention, the object is achieved according to WP 153808 in that for the synthesis of the jarosite not from a suspension of separately precipitated and washed out Eisenoxidhydrat in an aqueous solution of iron and potassium sulfate

ausgegangen wird, sondern von einer Lösung, die Eisen(lll)-ionen als Sulfat und Nitrat im Molverhältnis 4:5 enthält. Der für die Umsetzung erforderliche pH-Wert wird durch Zugabe einer berechneten Menge an Kalilauge eingestellt. Die der Erfindung zugrunde liegende Reaktion läuft dabei nach folgender Bruttogleichung abbut from a solution containing iron (III) ions as sulfate and nitrate in the molar ratio 4: 5. The pH required for the reaction is adjusted by adding a calculated amount of potassium hydroxide solution. The reaction on which the invention is based proceeds according to the following general equation

2Fe₂(SO₄I₃ +5Fe(NO₃J₃ + 18K0H -» 3KFe₃(SO₄I₂(OH)₆ + 15KNO₃ 2Fe ₂ (SO ₄ I ₃ + 5Fe (NO ₃ J ₃ + 18K0H -> 3KFe ₃ (SO ₄ I ₂ (OH) ₆ + 15KNO ₃

Diese Umsetzung wird durch Erwärmen und Rühren beschleunigt. Sie ist bei Zimmertemperatur nach 3-4 Wochen, bei 95°C nach 4 Stunden beendet. Das Gleichgewicht der Reaktion liegt weitestgehend auf der Seite des Jarotits, so daß Ausbeuten von mehr als 95% der Theorie erreicht werden.This reaction is accelerated by heating and stirring. It is completed at room temperature after 3-4 weeks, at 95 ° C after 4 hours. The balance of the reaction is largely on the side of the Jarotits, so that yields of more than 95% of theory can be achieved.

Diese Verfahrensweise beinhaltet mehrere Möglichkeiten, die Metallionen des Jarosits durch andere Kationen ganz oder teilweise zu ersetzen. Es lassen sich auf diesem Wege Verbindungen des allgemeinen Formeltyps M¹M¹¹¹ISO₄J₂(OH)₆ herstellen.This procedure involves several ways to replace all or part of the metal ions of the jarosite by other cations. It can be in this way compounds of the general formula type M ¹ M ¹¹¹ ISO ₄ J ₂ (OH) ₆ produce.

Hierbei kann seinThis can be

M¹ entweder/sowohl K oder/als auch Na, Rb, Cs, NH₄ M ¹ either / both K and / or Na, Rb, Cs, NH ₄

M¹" entweder/sowohl Fe oder/als auch AlM ¹ "either / both Fe or / and Al

Dabei läßt sich die Zusammensetzung der Mischkristalle, die bei der Synthese gebildet werden, durch die Variation der Mischungsverhältnisse der in den Ausgangslösungen enthaltenen Salze bzw. der zugesetzten Base M¹OH in weiten Grenzen gezielt einstellen.In this case, the composition of the mixed crystals which are formed in the synthesis, by the variation of the mixing ratios of the salts contained in the starting solutions or the added base M ¹ OH can be adjusted within wide limits targeted.

embodiment

Eine Menge von Eisen(lll)-sulfathydrat Fe₂(SO₄I₃ · nH₂O, die 8 Mol Eisen enthält, und von Eisen(lll)-nitrathydrat Fe(NO₃I₃ · nH₂O, die 1OMoI Eisen enthält, werden in rund 201 destilliertem Wasser gelöst und filtriert. Zu dieser Lösung läßt man bei Zimmertemperatur 1812molare Kalilauge unter kräftigem Rühren zufließen. Man läßt die hierbei entstehende Suspension entweder3bis4 Wochen bei Zimmertemperatur stehen und rührt sie täglich mehrmals um, oder man erhitzt sie unter weiterem kräftigem Rühren möglichst schnell auf etwa 95°C und läßt sie bei dieser Temperatur 4 Stunden lang reagieren. Den dabei ausfalllenden kristallinen Niederschlag läßt man absitzen, dekantiert bzw. filtriert von der Lösung ab und wäscht ihn gründlich mit Wasser aus. Das Produkt trocknet man an der Luft bei Zimmertemperatur oder bei 110⁰C im Trockenschrank. Man erhält auf diese Weise etwa 2,9 kg Jarosit entsprechend einer Ausbeute von 97% der Theorie.An amount of iron (III) sulfate hydrate Fe ₂ (SO ₄ I ₃ .nH ₂ O) containing 8 moles of iron and iron (III) nitrate hydrate Fe (NO ₃ I ₃ .nH ₂ O) containing 1OMoI iron Dissolve in about 201 of distilled water and filter to this solution 1812 molar potassium hydroxide solution at room temperature with vigorous stirring, allow the resulting suspension to stand at room temperature for 3 to 4 weeks, stir several times a day, or heat it up while stirring vigorously Stir as quickly as possible to about 95 ° C. and allow it to react for 4 hours at this temperature, precipitate the crystalline precipitate which precipitates, decant or filter off the solution and wash thoroughly with water Air at room temperature or in a drying oven at 110 ^° C. This gives about 2.9 kg of jarosite, corresponding to a yield of 97% of theory.

Claims

Invention claim:

1. A process for the synthesis of jarosite KFe ₃ (SO ₄ I ₂ (OH) ₆ according to WP 153808, characterized in that in a solution per mole of EisendlD sulfate Fe ₂ (SO ₄ I ₃ 2.5 moles of iron (lll ) nitrate Fe (NO ₃ I ₃ contains, by addition of 2 moles of potassium hydroxide per mole of iron is set for a favorable jarosite pH, is stirred to accelerate the reaction and heated, and the precipitated reaction product after completion of the reaction to known Is separated from the mother liquor.

2. A method for the synthesis of yarosite-like compounds KM ¹¹¹ OO ₄ I ₂ (OH) ₆ according to item 1, characterized in that the iron (III) salts contained in the starting solution are completely or partially replaced by the corresponding aluminum compounds.

3. A method for the synthesis of yarosite-like compounds M ¹ Fe ₃ (SO ₄ I ₂ (OH) ₆ according to item 1, characterized in that the potassium hydroxide solution required for the reaction completely or partially replaced by the solution of one or more other hydroxides M ¹ OH where M ¹ can be Na, Rb, Cs, NH ₄ .

4. A process for the synthesis of yarosite-like compounds M ¹ M ¹ ^ (SO ₄ I ₂ (OH) ₆ according to item 1, characterized in that the iron salts of the starting solution are completely or partially replaced by the corresponding aluminum compounds according to item 2 and that at the same time Potassium hydroxide is wholly or partially replaced by the solution of one or more other hydroxides according to point 3.